CN210281087U - 复合焊接装置及复合焊接系统 - Google Patents

Abstract

本实用新型涉及焊接设备技术领域，尤其涉及一种复合焊接装置及复合焊接系统。本实用新型的复合焊接装置包括同向行进的激光焊接部和电弧焊接部，激光焊接部和电弧焊接部分别用于生成可耦合的激光束和焊接电弧；激光焊接部在行进时在坡口的两侧之间作往复运动。该装置充分利用激光深熔焊接和电弧填充特性对不等厚板的对接坡口进行复合焊接，从而避免焊接时造成电弧偏吹、电弧摆动、飞溅增大等缺陷。

Description

复合焊接装置及复合焊接系统

技术领域

本实用新型涉及焊接设备技术领域，尤其涉及一种复合焊接装置及复合焊接系统。

背景技术

拼焊板是指冲压成型前将不同厚度、不同材质或不同表面涂层的平板坯料焊接在一起形成的平板坯料。在冲压成型前，将不同厚度的平板坯料对接，以形成不等厚板对接接头。

常规弧焊焊接的电弧存在“最小电压原理”。最小电压原理是指在电流和周围条件一定的情况下，稳定燃烧的电弧将自动选择一适当的断面，以保证电弧的电场强度具有最小的数值，即在固定弧长上的电压最小，这意味着电弧总是保持最小的能量消耗。

而在利用常规弧焊焊接对不等厚板对接接头进行焊接的过程中,由于焊缝两侧板厚不一致，故而在坡口两侧存在明显高度差，在坡口两侧就会形成不同断面。在电弧的最小电压原理等因素的影响下，焊接时容易造成电弧偏吹、电弧摆动、飞溅增大等现象，进而造成焊缝熔深不足、焊道偏移、咬边焊缝表面铺展不良等情况。

实用新型内容

(一)要解决的技术问题

本实用新型实施例提供了一种复合焊接装置及复合焊接系统，用以解决现有技术中焊接时容易造成电弧偏吹、电弧摆动、飞溅增大等缺陷的问题。

(二)技术方案

为了解决上述技术问题，本实用新型提供了一种复合焊接装置，包括同向行进的激光焊接部和电弧焊接部，所述激光焊接部和所述电弧焊接部分别用于生成可耦合的激光束和焊接电弧；所述激光焊接部在行进时在所述坡口的两侧之间作往复运动。

在部分实施例中，所述焊件的坡口两侧存在高度差，所述激光焊接部行进至所述坡口的较高一侧时的激光功率为P1，所述激光焊接部行进至所述坡口的较低一侧时的激光功率为P2，则P1＞P2。

在部分实施例中，所述激光焊接部在行进时作圆周运动，以使所述激光焊接部行进时的轨迹线为螺旋线。

在部分实施例中，所述激光焊接部在行进时作摇摆运动，以使所述激光焊接部行进时的轨迹线为S形线。

在部分实施例中，所述激光焊接部相对于所述坡口垂直或倾斜，所述电弧焊接部通过旁轴复合在所述激光焊接部的后方。

在部分实施例中，所述电弧焊接部在行进时沿所述坡口作直线运动。

在部分实施例中，该装置还包括：

检测机构，位于所述激光焊接部和电弧焊接部的前方，用于检测所述焊件的坡口参数，所述坡口参数包括所述焊件的厚度和所述激光束的光斑位置。

在部分实施例中，该装置还包括：

控制机构，分别连接所述检测机构、激光焊接部和电弧焊接部，用于根据所述检测机构检测的所述坡口参数，分别驱动所述激光焊接部和电弧焊接部按各自的轨迹线行进，并在所述激光焊接部行进时控制所述激光焊接部的激光功率变化。

本实用新型还提出了一种复合焊接系统，包括如上所述的焊接装置。

(三)有益效果

本实用新型的上述技术方案具有以下有益效果：本实用新型的复合焊接装置包括同向行进的激光焊接部和电弧焊接部，激光焊接部和电弧焊接部分别用于生成可耦合的激光束和焊接电弧；激光焊接部在行进时在坡口的两侧之间作往复运动。该装置充分利用激光深熔焊接和电弧填充特性对不等厚板的对接坡口进行复合焊接，从而避免焊接时造成电弧偏吹、电弧摆动、飞溅增大等缺陷。

附图说明

为了更清楚地说明本发明实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例或现有技术描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图是本发明的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。

图1为本实用新型实施例的不等厚板焊接装置的结构示意图；

图2为本实用新型实验例的焊缝宏观形貌图。

其中，1、激光束；2、电弧焊接部；3、检测机构；4、第一焊件；5、第二焊件；6、焊缝；7、熔池；8、轨迹线；9、扫描线。

具体实施方式

下面结合附图和实施例对本实用新型的实施方式作进一步详细描述。以下实施例用于说明本实用新型，但不能用来限制本实用新型的范围。

在本实用新型的描述中，除非另有说明，“多个”的含义是两个或两个以上。术语“上”、“下”、“左”、“右”、“内”、“外”、“前端”、“后端”、“头部”、“尾部”等指示的方位或位置关系为基于附图所示的方位或位置关系，仅是为了便于描述本实用新型和简化描述，而不是指示或暗示所指的装置或元件必须具有特定的方位、以特定的方位构造和操作，因此不能理解为对本实用新型的限制。此外，术语“第一”、“第二”等仅用于描述目的，而不能理解为指示或暗示相对重要性。

本实施例提供了一种复合焊接装置。并根据该装置提供了一种复合焊接系统。本实施例所述的复合焊接装置适用于一般焊件对接坡口的焊接，更适用于不等厚板对接坡口的焊接。基于本实施例所述的复合焊接装置，本实施例还提供了一种复合焊接系统。该系统包括如上所述的的焊接装置。

如图1所示，本实施例所述的复合焊接装置包括同向行进的激光焊接部(图中未示出)和电弧焊接部2，激光焊接部和电弧焊接部2分别用于生成可耦合的激光束1和焊接电弧；激光焊接部在行进时在坡口的两侧之间作往复运动。该装置充分利用激光深熔焊接和电弧填充特性对不等厚板的对接坡口进行复合焊接，从而避免焊接时造成电弧偏吹、电弧摆动、飞溅增大等缺陷。

本实施例中，激光焊接部生成的激光束1作用在坡口处形成光斑，则激光焊接部在行进时在坡口的两侧之间作往复运动可以为：令激光焊接部在行进时作圆周运动，以使激光焊接部行进时的光斑轨迹线8为螺旋线，从而保证激光束1的光斑往复的经过坡口两侧，从而能够使坡口两侧均匀熔合。螺旋型轨迹线8可以保证激光束1行进时对坡口两侧的深熔作用密集，防止漏焊情况发生。

可理解的是，激光焊接部还可以在行进时作摇摆运动，以使激光焊接部行进时的光斑轨迹线为S形线。S形轨迹线同样可以使激光束1在行进时往复的经过坡口的两侧，从而保证激光束1能够使坡口两侧熔合均匀。

本实施例所述的装置的焊接对象为不等厚板，即本实施例所述的焊件包括对接的第一焊件4和第二焊件5，第一焊件4和第二焊件5的对接处形成坡口，第一焊件4和第二焊件5的厚度不相等，即第一焊件4和第二焊件5之间存在厚度差，从而导致对接的坡口两侧存在高度差。

采用现有的电弧焊对不等厚板的对接坡口进行焊接时，由于电弧的最小电压原理等因素的影响下，更容易造成电弧偏吹、电弧摆动、飞溅增大等现象，进而造成焊缝6熔深不足、焊道偏移、咬边焊缝6表面铺展不良等情况。

而本实施例的复合焊接装置在面对焊件的坡口两侧存在高度差时，采用激光焊接部在行进时在坡口的两侧之间作往复运动，并且对激光焊接部的激光功率在高度不一的坡口两侧进行合理分配，从而有效提高不等厚板的焊接质量。

具体的，本实施例的激光焊接部行进至坡口的较高一侧时的激光功率为P1，激光焊接部行进至坡口的较低一侧时的激光功率为P2，则P1＞P2。该装置将激光能量在薄板与厚板之间合理分配，以保证焊缝6两侧熔合均匀、电弧挺度提高、铺展性提高，最终形成不等厚板对接接头的良好单面焊接双面成形焊接。

可理解的是，本实施例的装置除了对不等厚板进行焊接外，也可以应用在等厚板的对接焊接中。

本实施例的复合焊接装置中，激光焊接部设置为相对于坡口垂直或倾斜，以使激光束1能竖直或倾斜的入射至坡口处，电弧焊接部2通过旁轴复合在激光焊接部的后方，以使焊接电弧自激光束1的后方与激光束1耦合。

本实施例的装置中，前后排列的激光焊接部和电弧焊接部2同向行进。在行进时，激光焊接部作圆周运动，从而使得激光束1的轨迹线8往复的经过坡口两侧；同时，排在激光焊接部后方的电弧焊接部2在行进时沿坡口作直线运动。一方面利用焊接电弧与激光束1耦合，以形成稳弧作用；另一方面，电弧焊接部2伸出有焊丝，并对焊丝施加焊接电弧，以在高速焊接的同时利用焊接电弧和焊丝对坡口进行良好铺展，以实现焊缝6的均匀填充，最终形成不等厚板对接坡口处的良好焊接，并实现单面焊双面成形焊接，焊接形成的焊缝6正面过渡平滑，焊缝6背面成型均匀一致。

为了实现对复合焊接时的焊接参数进行有效预测和控制，优选该装置还包括检测机构3。如图1所示，检测机构3位于激光焊接部和电弧焊接部2的前方，用于检测焊件的坡口参数，坡口参数包括对接焊件各自的厚度(可得坡口两侧的高度差)和激光束1的光斑位置。

为了便于控制复合焊接的各项焊接参数，该装置还包括控制机构。控制机构在图1中未示出。优选的，控制机构分别连接检测机构3、激光焊接部和电弧焊接部2。控制机构用于根据检测机构3检测的坡口参数，分别驱动激光焊接部和电弧焊接部2按各自的轨迹线行进，并在激光焊接部行进时控制激光焊接部的激光功率变化。该控制机构可基于坡口两侧的高度差异实现焊接参数的自适应调整，达到精细调整焊接热输入量的工程目的。

本实施例的复合焊接装置在焊接时，利用前后排列的激光焊接部和电弧焊接部2在当前时点N1的坡口位置进行复合焊接。同时，以图1中箭头所示的焊接方向为前方，利用检测机构3对位于当前时点N1前方的下一时点N2的坡口位置进行预扫描，从而获取下一时点N2的坡口参数，以便于控制机构驱动激光焊接部和电弧焊接部2在完成当前时点N1的坡口位置的焊接以后，能够根据各自的行进轨迹行进至下一时点N2的坡口处进行焊接，并在焊接时控制机构能够根据下一时点N2的坡口参数在线实时调整激光焊接部和电弧焊接部2各自的焊接参数，从而实现对下一时点N2的适应性焊接。

以此类推，当激光焊接部和电弧焊接部2的当前焊接位置为当前时点Nn时，同时对下一时点N(n+1)的坡口进行扫描预测。以此实现对坡口的复合焊接同时对焊接参数的变化进行在线调控。上述的各时点中，n取非负整数。

可理解的是，由于激光焊接部在行进时作往复运动，在焊接不等厚板时，激光焊接部在坡口两侧时的激光功率根据坡口两侧高度差的变化而变化，故而控制机构根据检测机构3预测到的下一时点N(n+1)的坡口参数，提前建立该时点N(n+1)的坡口预测模型，从而在激光焊接部和电弧焊接部2对该时点N(n+1)进行焊接时，根据激光焊接部的当前轨迹位置调节激光功率即可。

可理解的是，本发明的所有实施例中，均以图1所示的激光束1的光斑作用在坡口处形成的熔池7的几何中心处作为当前时点Nn的坡口位置；均以图1所示的检测机构3的扫描线9与坡口的交点位置为所述下一时点N(n+1)的坡口位置。

可理解的是，检测机构3预先扫描而得的坡口参数包括但不限于坡口形状(即坡口的形貌数据)、坡口两侧的厚度、以及激光焊接部行进至该时点时的位置数据。控制机构对激光焊接部和电弧焊接部2进行控制时调节的焊接参数包括但不限于：根据激光焊接部的位置数据计算而得的激光束1的光斑轨迹线8和激光功率、以及激光焊接部和电弧焊接部2的行进速度。

以下提供一组实验例，以对本实施例的装置在焊接不等厚板时激光焊接部在行进时作圆周运动作进一步详细说明。

本实验例的焊接对象为不等厚板。该不等厚板以第一焊件4和第二焊件5对接形成待焊接的焊件的坡口，第二焊件5的高度高于第一焊件4，从而在坡口两侧形成高度差。具体的，两个对接焊件材料均为Q345钢材。其中，第一焊件4厚度为4mm，第二焊件5厚度为6mm，第一焊件4与第二焊件5对接时，对接的正面形成坡口，背面平齐，坡口高度差为2mm。焊接时对上述焊件作不开坡口对接焊，采用的复合焊接为激光-MAG复合焊，实施单道单面焊实现双面成型。

本实验例的焊接参数如下表所示：

上表中，激光焊接部生成的激光束1倾斜的射在坡口处形成的光斑对坡口形成熔融作用，以在坡口形成熔池7。其中，离焦量为激光束1的射入焦点与光斑之间的距离；光丝间距为激光束1的光斑与电弧焊接部2的焊丝之间的距离。

本实验例的复合焊接装置如图1所示。该装置在焊接时，激光焊接部生成的激光束1倾斜的射在坡口处，电弧焊接部2旁轴复合在激光焊接部的后方。激光焊接部沿焊接方向行进，并在行进的同时作圆周运动，以使激光束1的光斑轨迹线8形成向前的螺旋形。激光束1形成的螺旋形轨迹线8包括位于厚板上的半圆周期和位于薄板上的半圆周期，则激光焊接部在行进时具有可变的激光功率：位于厚板上的半圆周期的激光功率P1大于位于薄板上的半圆周期的激光功率P2，从而使得激光焊接部既能对坡口实现可靠熔透，又使坡口处形成的焊缝6两侧熔透均匀。电弧焊接部2生成的焊接电弧与激光束1耦合并形成稳弧作用，从而实现高速焊接条件下的良好铺展，以完成焊缝6填充。该装置最终利用具有螺旋轨迹线8以及可变功率的激光束1、以及直线行进并稳弧的焊接电弧之间耦合，实现复合焊接，从而形成不等厚板对接接头的单面焊双面成形焊接。

本实验例的装置的焊接过程稳定，背部熔透良好，焊道分布均匀，无成形缺陷。焊接形成的焊缝6宏观形貌图如图2所示。

综上所述，本实施例的复合焊接装置包括同向行进的激光焊接部和电弧焊接部2，激光焊接部和电弧焊接部2分别用于生成可耦合的激光束1和焊接电弧；激光焊接部在行进时在坡口的两侧之间作往复运动。该装置充分利用激光深熔焊接和电弧填充特性对不等厚板的对接坡口进行复合焊接，从而避免焊接时造成电弧偏吹、电弧摆动、飞溅增大等缺陷。

本实用新型的实施例是为了示例和描述起见而给出的，而并不是无遗漏的或者将本实用新型限于所公开的形式。很多修改和变化对于本领域的普通技术人员而言是显而易见的。选择和描述实施例是为了更好说明本实用新型的原理和实际应用，并且使本领域的普通技术人员能够理解本实用新型从而设计适于特定用途的带有各种修改的各种实施例。

Claims (9)

1.一种复合焊接装置，其特征在于，包括同向行进的激光焊接部和电弧焊接部，所述激光焊接部和所述电弧焊接部分别用于生成可耦合的激光束和焊接电弧；所述激光焊接部在行进时在坡口的两侧之间作往复运动。

2.根据权利要求1所述的复合焊接装置，其特征在于，所述坡口两侧存在高度差，所述激光焊接部行进至所述坡口的较高一侧时的激光功率为P1，所述激光焊接部行进至所述坡口的较低一侧时的激光功率为P2，则P1＞P2。

3.根据权利要求1所述的复合焊接装置，其特征在于，所述激光焊接部在行进时作圆周运动，以使所述激光焊接部行进时的轨迹线为螺旋线。

4.根据权利要求1所述的复合焊接装置，其特征在于，所述激光焊接部在行进时作摇摆运动，以使所述激光焊接部行进时的轨迹线为S形线。

5.根据权利要求1所述的复合焊接装置，其特征在于，所述激光焊接部相对于所述坡口垂直或倾斜，所述电弧焊接部通过旁轴复合在所述激光焊接部的后方。

6.根据权利要求5所述的复合焊接装置，其特征在于，所述电弧焊接部在行进时沿所述坡口作直线运动。

7.根据权利要求1-6任一项所述的复合焊接装置，其特征在于，该装置还包括：

检测机构，位于所述激光焊接部和电弧焊接部的前方，用于检测所述坡口的坡口参数，所述坡口参数包括焊件的厚度和所述激光束的光斑位置。

8.根据权利要求7所述的复合焊接装置，其特征在于，该装置还包括：

控制机构，分别连接所述检测机构、激光焊接部和电弧焊接部，用于根据所述检测机构检测的所述坡口参数，分别驱动所述激光焊接部和电弧焊接部按各自的轨迹线行进，并在所述激光焊接部行进时控制所述激光焊接部的激光功率变化。

9.一种复合焊接系统，其特征在于，包括如权利要求1-8任一项所述的焊接装置。

Images